生物农药应用：酵母菌是什么？生物农药酵母菌的作用与功效

人类将酵母菌应用于食品发酵产业已有上千年历史，经由挑选与驯化的菌种，不仅可应用于生产啤酒、各式酒类，亦可发酵面包、馒头。此外，近年研究开发植物病害防治潜力正蓬勃发展。

近年来食品安全、农业安全及环境安全受到重视，农业型态也逐渐由惯行农业转为安全、友善农业，期盼政府积极推行生物农药，朝向化学农药减量目标，其中利用微生物达到防治效果的生物农药成为重要研究方向。台湾的生物农药包括木霉菌、液化淀粉芽孢杆菌、枯草杆菌等已开发产品或正在登记品项，而酵母菌生物农药正值研究与开发阶段，期望能成为采收前后果实保护生力军，提升蔬果内销与外销品质。

酵母菌为真菌界一员，广泛地存在于自然环境，植物叶表、果实表面、土壤、海水，甚至腐木或腐烂水果都可见其踪迹，目前约​​有1,500种酵母菌已被科学家鉴定与记载。酵母菌对于养分需求简单，糖类为主要碳素源与能量来源，单糖、寡糖皆可被大部分酵母菌利用，因此只要有糖类存在之处，酵母菌即可生长。

酵母菌研究风起云涌，商品化应用于病害防治

国外许多研究报告指出，酵母菌可应用于采后病害防治，例如青霉菌属（Penicillium）引起柑桔青霉病、绿霉病，灰霉属（Botrytis）引起草莓灰霉病，链核盘菌属（Monilinia）引起桃褐腐病，炭疽刺盘孢菌属（Colletotrichum）引起芒果炭疽病等。已开发与研究中的酵母菌种类繁多，例如隐球酵母菌（Cryptococcus sp.）、假丝酵母菌（Candida sp.）、梅奇酵母菌（Metschnikowia sp.）、毕赤酵母菌（Pichia sp. ）等，其中已有多种酵母菌菌种成功开发为产品。

草莓灰霉病于罹病果实初期造成褐色病斑，后期果实覆盖灰褐色粉末状分生孢子。草莓生长后期，于果实定期施用酵母菌至采收前，使酵母菌缠据于果实表面，与病原菌空间与营养竞争形成优势，预期可减少损耗并延长储架寿命。

第一代酵母菌生物农药Aspire酵母菌菌种是橄榄假丝酵母菌（Candida oleophila），为美国生物农药公司艾科净（Ecogen Inc.）自番茄果实表面分离，应用于防治柑桔与梨、苹果等仁果类水果灰霉病、青霉病，虽此产品目前不存在于市面，却引起许多研究人员开发假丝酵母菌病害防治潜力。其中，橄榄假丝酵母菌的不同菌株发展酵母菌生物农药Nexy，为比利时开发并成功登记于欧洲联盟，应用于苹果、梨、香蕉储藏期间，防治由灰霉病菌、青霉病菌或炭疽病菌所引起之病害。

登记于西班牙的酵母菌生物农药Candifruit，酵母菌菌种为清酒假丝酵母菌（Candida sake），应用于仁果类果实采后病害防治。目前最成功的酵母菌生物农药Shemer，由以色列农业部农业研究组织（ARO）教授萨米尔․德罗比（Samir Droby）发现并分离的核果梅奇酵母菌菌株（Metschnikowia fructicola），于以色列已核准在采收前与采收后施用于各类蔬果，包含酪梨、柑桔、葡萄、草莓等作物，用以防治灰霉病、青霉病等真菌性病害，此产品目前由德国制药公司拜耳（Bayer AG）取得，并授权给荷兰公司科伯特生物系统（Koppert Biological Systems）。

防治效果受环境与菌株特性影响

成功开发酵母菌生物农药，首要关键步骤是分离、筛选出稳定且有效菌株。酵母菌分离、筛选过程，影响其商品化效率与成功性。国外研究酵母菌分离，多采用查尔斯․威尔逊（Charles L. Wilson）等人〈微生物拮抗剂防治蔬果采后病害之选择策略〉（A selection strategy for microbial antagonist to control postharvest diseases of fruits and vegetables）的开发方式，由作物表面伤口分离酵母菌，此方法可快速筛选具防治采后病害潜力之酵母菌，并具有于伤口快速缠据、利用伤口生成物质作为营养来源的特性，亦可广泛由植物体表面、土壤、海水中分离，例如酵母菌生物农药Aspire、Nexy，其酵母菌即分别分离自番茄、苹果果实表面。

为鉴别酵母菌种类，利用显微镜观察酵母菌形态多呈卵圆形或椭圆形，细胞较一般细菌大。

具防治效果的酵母菌，常被利用于田间或水果包装场，面临高温干旱的田间环境或水果低温储藏，各种环境因子皆会影响其活性与防治效果，例如高低温度、氧化压力、酸碱值、干湿度。因此，亦有研究极端环境中分离具高逆境耐受性酵母菌，例如分离自海水的红冬孢酵母菌（Rhodosporidium paludigenum），较一般果实表面所分离的酵母菌具有较高渗透压耐受性，当暴露于逆境中有较高适应性，可用于防治梨青霉病、枣类潜伏感染互生链格孢菌（Alternaria alternata）。

此外，具开发潜力的酵母菌还须具备基因稳定性、低浓度即具抑制果实病害发生效果、可防治多种病原菌、易培养、对环境友善、对植物不具病原性、对人体不具危害等特性。酵母菌生物农药商品化过程中，将面临酵母菌量产发酵、开发农药配方等考验，其中量产发酵过程须考量发酵成本、发酵时间不可过长及提升菌量稳定性，开发农药配方则须考量储架寿命、保存方式、酵母菌活性维持及简易施用方法，更可提高市场接受度。

六大拮抗机制保护作物伤口

酵母菌成功应用于防治病害，乃酵母菌、病原菌及寄主植物之间存在交互作用，在酵母菌作用下，可驱动交互作用达到防治病原菌效果，酵母菌主要作用机制如列。其一为营养与空间竞争被视为酵母菌在生物防治上的第一优势，其与病原菌间透过营养竞争，例如糖类、氮、氧等，酵母菌比病原菌更能充分利用这些生长元素，且由于生长快速，也更优先附着并保护作物表面伤口。

其二为产生抑菌物质，酵母菌可产生具扩散性或挥发性的抗菌化合物，例如毒质、抗生代谢物。黑酵母菌（Aureobasidium pullulans）可产生抗菌物质金担子素A（Aureobasidin A），其影响病原菌生合成与代谢功能，此类酵母菌亦被指出可产生具拮抗病原菌的挥发性有机化合物。

番石榴果实常出现褐色病斑，果肉可能软化、呈水浸状，或表皮褐化，可尝试运用酵母菌防治。

其三为寄生与产生水解酵素，酵母菌寄生病原菌的现象，可造成病原真菌构造直接被破坏或分解，其也能产生葡聚糖酶、几丁质酶、蛋白酶等分解酵素，对病原真菌有直接或间接破坏细胞壁的效果，例如季也蒙毕赤酵母菌（Pichia guilliermondii）即可产生葡聚糖酶破坏灰霉病菌菌丝。

其四为嵌铁能力，真菌生长与病原性表现都需要铁元素，某些酵母菌即具有嵌铁能力，与病原菌竞争铁元素，因而产生拮抗病原菌的效果。梅奇酵母菌即具有此能力，可抑制灰霉病菌、青霉病菌菌丝生长与孢子发芽的效果。其五为形成生物膜，酵母菌可在果实表面或伤口内部黏附、缠据及繁殖，并且在基质上产生蛋白质、多糖体，形成生物膜以有效拮抗病原真菌。其六为诱导植物产生抗病反应，病原菌感染植物前，其也能与植物组织或伤口产生交互作用，因而诱发植物系统性抗病反应，抑制病原菌感染植物体。

以营养竞争为主要抗病原菌机制

目前各种酵母菌防治病原菌之作用机制仍未完全透彻，进一步厘清将有助于病害防治策略的发展。已商品化的酵母菌生物农药，其登记施用对象、作用机制及使用方法，大多针对采后病害进行防治，并以营养与空间竞争为最主要作用机制。

以酵母菌生物农药Nexy为例，其防治对象为苹果与梨的灰霉病、青霉病、香蕉炭疽病，于采收后且储藏前施用，浸渍30秒至2分钟或持续淋洗至少30秒；主要拮抗病原菌机制为其与病原菌的营养竞争，并优先缠据果实表面，更具产生葡聚糖酶分解病原真菌细胞壁的能力。

番石榴疮痂病近乎全年皆可能发生，虽于小果期即进行套袋，病原菌仍可能经过枝条进入袋内造成病害，除了维持良好田间卫生外，于套袋前施用酵母菌，在果实上营造良好微生物相，以期降低病害发生率。

酵母菌生物农药Shemer则为水分散性粒剂剂型，登记防治对象广泛，包括柑桔青霉病、草莓灰霉病、葡萄灰霉病、甘薯软腐病等，可于采收前或采收后喷洒或浸渍，主要作用机制为营养竞争，真空状态下，Shemer储架寿命可长达1年。而以较特别的类酵母菌（Aureobasidium pullulans）菌种开发酵母菌生物农药Boniprotect，主要作用机制为营养竞争，同样为水分散性粒剂剂型，于德国登记防治苹果与梨的青霉病、灰霉病，主要于果实采收前2～3周开始施用，最多每隔7天施用1次、连续3次，采收期间亦可施用。亦可与少数杀菌剂、杀虫剂混合施用，于25℃下可存放10个月，于8℃下可存放18个月；同类异名产品Botector于澳洲登记防治葡萄、草莓、番茄灰霉病。

生长增殖快且环境适应性广

酵母菌生物农药开发与商品化在国外已有多项成功案例，然而综观其商品化过程，仍面临许多阻碍。目前多为小型公司投入开发，必须克服产品利润低、资金缺乏、难以建立市场的困境，加上生物农药商品化前须向主管机关登记，如美国国家环境保护局（EPA），过程须耗费许多时间，也成为商品化阻碍。而于消费市场所面临的挑战，则为生物农药防治效果不如化学农药快速有效，酵母菌多受限于采后病害防治为主，导致酵母菌生物农药推展受限。

酵母菌应用于病害防治，仍具有不可或缺的地位，不仅可适应蔬果微观环境，包括高糖浓度、高渗透压、低酸碱值、高湿度等特性，且生长增殖快速、营养需求简单，于蔬果表面可快速建立族群，为营养与空间竞争下的赢家，进而达到保护植物体的效果，也因其环境适应性广，亦成为生物农药开发优势。

葡萄晚腐病于果实潜伏感染，至果实转色期显现病征，产生黑色斑点，至中期病斑处凹陷，并产生橘红色分生孢子。于生长中期至套袋前定期施用酵母菌，酵母菌缠据果实表面达到保护效果，以期减少炭疽病菌感染比例。

台湾蔬果内销与外销过程中，常因采收前潜伏感染病原菌，或采收后蔬果表面伤口引起病害，造成农民损失。若可将酵母菌结合采前管理与采后处理技术，于蔬果表面形成微生物保护层，将可大幅降低病害所造成的损耗。

农委会台中区农业改良场已效力于酵母菌筛选与防治效果测试，从叶表、果实表面伤口分离酵母菌，经纯化培养的酵母菌于培养基进行拮抗试验，将病原菌放置于培养基中央，并于病原菌两端各画一条酵母菌，观察酵母菌抑制病原菌菌落生长情形，测试其对番石榴疮痂病、炭疽病、葡萄晚腐病菌等多种造成果实腐败病原菌的抑制效果，挑选具有优异拮抗效果之酵母菌，进行后续于果实防治试验，目前已初步建立拮抗酵母菌筛选平台。未来将针对番石榴疮痂病、炭疽病、葡萄晚腐病、草莓灰霉病等作为防治目标，以期将酵母菌生物农药导入田间，应用于采前管理与采后处理技术。

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2019-01-10 11:16:31